Benützer:
Gesetze der Thermodynamik
Storyboard 
Es gibt drei grundlegende Gesetze der Thermodynamik:
Das erste Gesetz der Thermodynamik besagt die Energieerhaltung, indem es feststellt, dass die innere Energie eines Systems die Summe aus der dem System zugeführten Wärme und der vom System verrichteten Arbeit ist.
Das zweite Gesetz der Thermodynamik hält fest, dass in einem isolierten System das System einem Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts zustrebt, in dem die Entropie ihren maximalen Wert erreicht.
Das dritte Gesetz der Thermodynamik besagt, dass sich die Entropie des Systems einem konstanten Wert nähert, wenn die Temperatur gegen den absoluten Nullpunkt tendiert, der typischerweise Null ist.
ID:(1337, 0)
Mechanismen
Iframe
Die Gesetze der Thermodynamik sind grundlegende Prinzipien, die beschreiben, wie Energie in physikalischen Systemen übertragen und umgewandelt wird.
Das erste Gesetz, auch als Energieerhaltungsgesetz bekannt, besagt, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann; sie kann nur von einer Form in eine andere umgewandelt oder übertragen werden. Das bedeutet, dass die Gesamtenergie eines isolierten Systems konstant bleibt.
Das zweite Gesetz besagt, dass in jedem natürlichen Prozess die Gesamtentropie eines isolierten Systems niemals abnehmen kann; sie kann nur gleich bleiben oder zunehmen. Dieses Prinzip erklärt, warum bestimmte Prozesse irreversibel sind und warum Energie dazu neigt, sich zu verteilen, was zu größerer Unordnung im System führt.
Das dritte Gesetz besagt, dass die Entropie eines Systems beim Annähern an den absoluten Nullpunkt ein Minimum erreicht. Bei absolutem Nullpunkt hat eine perfekt kristalline Substanz eine Entropie von null. Dieses Gesetz impliziert, dass der absolute Nullpunkt nicht durch eine endliche Anzahl von Prozessen erreicht werden kann und bietet einen Referenzpunkt für die Bestimmung der Entropie.
Zusammen beschreiben diese Gesetze die Erhaltung und Verteilung von Energie, die Richtung spontaner Prozesse und die Grenzen des Erreichens des absoluten Nullpunkts und bieten somit ein umfassendes Rahmenwerk zum Verständnis thermodynamischer Systeme.
Mechanismen
ID:(15249, 0)
Nullgesetz der Thermodynamik
Beschreibung
Es gibt ein Nulltes Gesetz der Thermodynamik, das die Existenz einer transitiven Eigenschaft definiert, in dem Sinne, dass:
• Wenn Systeme A und B die gleiche Temperatur haben.
• Wenn Systeme A und C die gleiche Temperatur haben.
Dann haben die Systeme B und C zwangsläufig die gleiche Temperatur.
ID:(10271, 0)
Energieeinsparung
Konzept
Das erste Gesetz der Thermodynamik besagt, dass Energie immer erhalten bleibt.
Während in der Mechanik eine ähnliche Erhaltung formuliert wird, die auf nicht dissipative Systeme beschränkt ist (zum Beispiel unter Ausschluss von Reibung), generalisiert die Thermodynamik dies, indem sie nicht nur die mechanische Arbeit, sondern auch die vom System erzeugte oder absorbierte Wärme berücksichtigt.
In diesem Sinne gibt es keine Einschränkungen für die in der Thermodynamik postulierte Energieerhaltung und sie gilt für alle Systeme, solange alle möglichen Energieaustausche und -umwandlungen berücksichtigt werden.
ID:(37, 0)
Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik
Konzept
Das erste Gesetz der Thermodynamik wurde durch verschiedene Arbeiten [1,2] entwickelt und besagt, dass Energie erhalten bleibt. Das bedeutet, dass der Interne Energiedifferenz ($dU$) immer gleich der Differential ungenau Wärme ($\delta Q$) ist, das dem System zugeführt wird (positiv), abzüglich der Differential ungenaue Arbeits ($\delta W$), das vom System geleistet wird (negativ).
Daher haben wir:
| $ dU = \delta Q - \delta W $ |
Während das exakte Differential nicht davon abhängt, wie die Variation ausgeführt wird, hängt das inexakte Differential davon ab. Wenn wir uns auf ein Differential beziehen, ohne anzugeben, dass es inexact ist, wird angenommen, dass es exakt ist.
[1] "Über die quantitative und qualitative Bestimmung der Kräfte", Julius Robert von Mayer, Annalen der Chemie und Pharmacie, 1842
[2] "Über die Erhaltung der Kraft", Hermann von Helmholtz, 1847
ID:(15700, 0)
Wärme und Entropie
Konzept
Das erste Gesetz der Thermodynamik besagt, dass die Energie erhalten bleibt und insbesondere zwei Möglichkeiten bestehen, die innere Energie des Systems zu verändern, die als die Innere Energie ($U$) bezeichnet wird. Dies kann entweder durch Hinzufügen oder Entfernen von der Kaloriengehalt ($Q$) und durch Arbeit am System oder indem man dem System erlaubt, Arbeit zu verrichten, dargestellt durch der Effektive Arbeit ($W$).
Das zweite Gesetz schränkt diese Prozesse ein, indem es die Umwandlung von die Innere Energie ($U$) und der Effektive Arbeit ($W$) begrenzt. In diesem Sinne legt es fest, dass es nicht möglich ist, die gesamte Energie der Interne Energiedifferenz ($dU$) vollständig in nutzbare Arbeit der Differential ungenaue Arbeits ($\delta W$) umzuwandeln, was bedeutet, dass der Differential ungenau Wärme ($\delta Q$) niemals null sein kann. Anders ausgedrückt ist es unmöglich, die innere Energie in mechanische Arbeit umzuwandeln, ohne einen Verlust in Form von Wärme zu erleiden (der Differential ungenau Wärme ($\delta Q$)).
Eine zweite Konsequenz des zweiten Gesetzes besteht darin, dass es notwendig wird, eine neue Variable einzuführen, die die Rolle von der Volumen ($V$) für der Effektive Arbeit ($W$) übernimmt, unter Berücksichtigung, dass der Kaloriengehalt ($Q$) seine Rolle als Empfänger nicht genutzter Energie für die Arbeitserstellung spielt. Diese neue Variable wird als die Entropie ($S$) bezeichnet, und das dritte Gesetz fordert, dass ihre Veränderung ( ($$)) immer positiv oder null, aber niemals negativ ist.
In einem System kann ein Teilsystem eine Abnahme der Entropie erfahren ($\Delta S_{sub}<0$), aber das gesamte System muss entweder die Entropie konstant halten oder eine Zunahme der Entropie erfahren ($\Delta S_{total}\geq 0$), gemäß dem dritten Gesetz.
ID:(11129, 0)
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
Konzept
Die zweite Gesetz der Thermodynamik wurde durch verschiedene Veröffentlichungen [1,2] formuliert und besagt, dass es nicht möglich ist, die Energie vollständig in nützliche Arbeit umzuwandeln. Der Unterschied zwischen diesen Mengen steht im Zusammenhang mit der nicht nutzbaren Energie der Differential ungenau Wärme ($\delta Q$), die der im Prozess die Absolute Temperatur ($T$) erzeugten oder absorbierten Wärme entspricht.
Im Fall von der Differential ungenaue Arbeits ($\delta W$) besteht eine Beziehung zwischen der intensiven Variable die Druck ($p$) und der extensiven Variable der Volumen ($V$), ausgedrückt als:
| $ \delta W = p dV $ |
Eine intensive Variable ist dadurch gekennzeichnet, dass sie den Zustand des Systems definiert und nicht von dessen Größe abhängt. In diesem Sinne ist die Druck ($p$) eine intensive Variable, da sie den Zustand eines Systems unabhängig von seiner Größe beschreibt. Andererseits nimmt eine extensive Variable, wie der Volumen ($V$), mit der Größe des Systems zu.
Im Fall von der Differential ungenau Wärme ($\delta Q$) ist eine zusätzliche extensive Variable erforderlich, um die intensive Variable die Absolute Temperatur ($T$) zu ergänzen und die Beziehung wie folgt zu definieren:
| $ \delta Q = T dS $ |
Diese neue Variable, die wir die Entropie ($S$) nennen, wird hier in ihrer differenziellen Form (die Entropievariation ($dS$)) dargestellt und modelliert den Effekt, dass nicht die gesamte Energie der Interne Energiedifferenz ($dU$) vollständig in nützliche Arbeit der Differential ungenaue Arbeits ($\delta W$) umgewandelt werden kann.
[1] "Über die bewegende Kraft der Wärme und die Gesetze, welche sich daraus für die Wärmelehre selbst ableiten lassen", Rudolf Clausius, Annalen der Physik, 1850
[2] "On the Dynamical Theory of Heat" (Über die dynamische Theorie der Wärme), William Thomson (Lord Kelvin), Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 1851
ID:(15702, 0)
Dritter Hauptsatz der Thermodynamik
Beschreibung
Das dritte Gesetz der Thermodynamik [1] besagt, dass, wenn die die Absolute Temperatur ($T$) eines Systems dem absoluten Nullpunkt näherkommt, die die Entropie in der Nulltemperaturgrenze ($S$) einer perfekten kristallinen Substanz einen Minimalwert erreicht, typischerweise null. Dies impliziert, dass es unmöglich ist, den absoluten Nullpunkt durch eine endliche Anzahl von Prozessen zu erreichen, da die Entropie konstant werden würde. Im Wesentlichen stellt das dritte Gesetz fest, dass die Entropie eines perfekten Kristalls bei absolutem Nullpunkt null ist und hebt die Unmöglichkeit hervor, den absoluten Nullpunkt zu erreichen, aufgrund der unendlichen Energiemenge, die zur Entfernung erforderlich wäre.
| $\lim_{T\rightarrow 0}S=0$ |
Dieses Gesetz hat bedeutende Auswirkungen auf das Verständnis des Verhaltens von Materialien bei sehr niedrigen Temperaturen und bietet einen grundlegenden Bezugspunkt zur Berechnung von Entropiewerten.
[1] "Über die Berechnung chemischer Gleichgewichte aus thermischen Messungen", Walther Nernst, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, 1906
ID:(11130, 0)
Modell
Top
Parameter
Variablen
Berechnungen
zu 
, dann die Variable auswählen: 
zu 
Berechnungen
Berechnungen
Variable 
Gegeben Berechnen 
Ziel : Gleichung Zu verwenden 
Gleichungen
$ \delta Q = T dS $
dQ = T * dS
$ dU = \delta Q - \delta W $
dU = dQ - dW
$ dU = \delta Q - p dV $
dU = dQ - p * dV
$ dU = T dS - p dV $
dU = T * dS - p * dV
$ \delta W = p dV $
dW = p * dV
ID:(15308, 0)
Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik
Gleichung
Der Interne Energiedifferenz ($dU$) ist immer gleich der Menge von der Differential ungenau Wärme ($\delta Q$), die dem System zugeführt wird (positiv), abzüglich der Menge von der Differential ungenaue Arbeits ($\delta W$), die vom System durchgeführt wird (negativ):
| $ dU = \delta Q - \delta W $ |
ID:(9632, 0)
Arbeit und Druck
Gleichung
Der Differential ungenaue Arbeits ($\delta W$) ist gleich die Druck ($p$) multipliziert mit die Volumenvariation ($dV$):
| $ \delta W = p dV $ |
Da die Mechanische Kraft ($F$) geteilt durch die Abschnitt ($S$) gleich die Druck ($p$) ist:
| $ p \equiv\displaystyle\frac{ F }{ S }$ |
und die Volumenvariation ($dV$) mit der Zurückgelegter Weg ($dx$) gleich ist:
| $ \Delta V = S \Delta s $ |
Die Gleichung für der Differential ungenaue Arbeits ($\delta W$) kann wie folgt ausgedrückt werden:
| $ \delta W = F dx $ |
Daher kann sie geschrieben werden als:
| $ \delta W = p dV $ |
ID:(3468, 0)
Erster Hauptsatz der Thermodynamik und Druck
Gleichung
Mit dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik kann dies in Bezug auf der Interne Energiedifferenz ($dU$), der Differential ungenau Wärme ($\delta Q$), die Druck ($p$) und die Volumenvariation ($dV$) ausgedrückt werden als:
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
Da der Interne Energiedifferenz ($dU$) in Beziehung zu der Differential ungenau Wärme ($\delta Q$) und der Differential ungenaue Arbeits ($\delta W$) steht, wie unten gezeigt:
| $ dU = \delta Q - \delta W $ |
Und es ist bekannt, dass der Differential ungenaue Arbeits ($\delta W$) in Beziehung zu die Druck ($p$) und die Volumenvariation ($dV$) steht, wie folgt:
| $ \delta W = p dV $ |
Daher können wir schlussfolgern, dass:
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
ID:(3470, 0)
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
Gleichung
Der Differential ungenau Wärme ($\delta Q$) ist gleich die Absolute Temperatur ($T$) mal die Entropievariation ($dS$):
| $ \delta Q = T dS $ |
ID:(9639, 0)
Innere Energie: Differentialverhältnis
Gleichung
Die Abhängigkeit von der Interne Energiedifferenz ($dU$) von die Druck ($p$) und die Volumenvariation ($dV$), zusätzlich zu die Absolute Temperatur ($T$) und die Entropievariation ($dS$) , ist gegeben durch:
| $ dU = T dS - p dV $ |
Da der Interne Energiedifferenz ($dU$) gemäß der Gleichung von der Differential ungenau Wärme ($\delta Q$), die Druck ($p$) und die Volumenvariation ($dV$) abhängt:
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
und der Ausdruck für das zweite Gesetz der Thermodynamik mit die Absolute Temperatur ($T$) und die Entropievariation ($dS$) lautet:
| $ \delta Q = T dS $ |
können wir daraus schließen:
| $ dU = T dS - p dV $ |
.
ID:(3471, 0)